岸边溢洪道进水口导流墙压强特性的数值模拟研究

文章以某大型水库岸边溢洪道进水口为研究对象,针对物理模型试验中溢洪道进水口处左岸回流、右岸出现漩涡的问题,应用Realizable k-ε湍流模型、VOF法模型追踪自由表面和非结构网格区域离散进行处理,对水库溢洪道进水口进行三维数值模拟计算,并结合1:80的物理模型试验成果对比分析,结果表明VOF模型能较好的反映出溢洪道进水口的压力场分布,与模型试验的结果吻合较好。其数值计算结果可以为岸边溢洪道进水口压强分布规律提供较为可靠的依据,研究成果也为其他类似的水工建筑物的进水口问题提供了参考。     

数值模拟方法在双洞式溢洪道体型优化中的应用

采用可行化k-ε湍流模型、VOF法界面跟踪技术及分区结构非结构网格区域离散方法,对甘肃九甸峡水电站双洞式溢洪道引水渠和溢流段的三维自由面流动进行了数值模拟,并以改善进口不良流态、消除堰顶较大负压,平衡两洞间的流量分配作为目标,对其体型进行了优化研究。结果表明,原设计方案过堰流动水面严重扭曲,且存在明显的负压,体型设计不合理;优化方案获得了理想的进水口与溢流堰曲线形式。所有计算结果与实测值吻合良好,说明数值模拟技术可以在岸边溢洪道的水力设计和体型优化中发挥重要作用。     

大伙房水库主溢洪道三维流场数值模拟

采用RNGk-ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对大伙房水库主溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道堰面压力、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果吻合较好。     

异侧竖缝式鱼道在实际工程中的设计与模拟分析

竖缝式鱼道具有水流条件好,回流区位置明确,适应上下游水位变化能力强的特点,是目前过鱼效率高、应用广泛的过鱼工程设施。为增加研究区内鱼类洄游的效果,根据规范要求,初步设计3种鱼道池室隔板型式,利用数值模拟的方法,在上下游2 m等水深的条件下,探究隔板型式变化对池室水流结构的影响。通过分析池室内的水流流态、竖缝处流速分布以及消能效果等对隔板型式进行优化。通过改变第2种隔板型式尺寸,竖缝宽度由0.6 m降低到0.5 m,在池室水流流态以及竖缝处流速较好的前提下,使竖缝附近最大流速小于设计流速1.2 m/s;并对优化体型进行不同等水深条件下的过流能力计算,在水深变化0.5～2.0 m区间时,鱼道过流能力在0.236～0.951 m3/s之间。池室内良好的水流流态以及竖缝处流速分布的合理性为研究区内大部分鱼类的上溯提供了良好的通道,不同水深的过流能力为鱼道运行调度起到了参考作用。     

异型岔管水力特性的数值模拟

【目的】探求异型岔管的水力特性,研究岔管处局部水头损失及流速和压强的分布情况,并检验数值模拟方法的可靠性。【方法】采用物理模型试验和数值模拟相互验证的方法,依据实际情况对积石峡电站灌溉引水系统重力输水管网岔管在6种不同的供水工况(正常水位和死水位1#支管单独供水、2#支管单独供水及1#、2#支管联合供水)下的流速、压强分布及局部水头损失进行了研究。【结果】在6种不同工况下,局部水头损失系数的数值模拟值均小于试验值,相对误差最大为14.452 5%,且各工况下得到的岔管处局部水头损失、局部水头损失系数值并不相同;数值模拟结果直观地反映了岔管处流态分布和压强的变化情况。【结论】岔管处的水力特性复杂、影响因素较多,即使同一工程的同一岔管在不同的运行工况下各参数的选取也具有灵活性,因此对于具体问题要进行具体分析。     

大海波水库溢洪道泄流能力试验研究

 溢洪道控制段是控制水流下泄的关键部位。因此,溢洪道控制堰的体型设计,要求尽量增大其流量系数,以提高溢洪道的泄流能力,保证枢纽工程安全。通过水工模型试验研究,对溢洪道控制堰体型作出修改,从而改善大海波水库的泄洪能力。     

田间便携式短喉槽的数值模拟

为进一步研究田间便携式短喉槽过槽的水流特性及测流精度,基于临界流原理和RNGk-ε三维湍流模型,利用FLOW-3D软件对喉道宽度为76mm的田间便携式短喉槽在16种工况下的水力特性进行全流场数值计算,获得了时均流场、槽内水流流态、断面流速分布及佛汝德数,并与试验实测值进行对比分析。结果表明:1)模拟流场分布及流态与模型试验情况具有一致性,量测流量范围宽,最大可达40L/s,能够满足田间量水的流量要求;2)水深、断面流速、佛汝德数模拟值与实测值基本吻合,相对误差均小于10%;3)该短喉槽最大水头损失占总水头的12.89%,小于长喉槽最大水头损失占总水头的13%;4)通过回归分析得到了田间便携式短喉槽的上游水深-流量计算公式,其最大测流误差为9.95%,满足灌区量水精度的要求。     

泄水建筑物体型优化与消能工模型试验研究

本文利用引入VOF方法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对溢流表孔和冲砂底孔进行二维数值模拟。通过模拟,得出计算域的流速场和压强场水力特性,并结合物理模型试验对数值计算结果进行验证。作者分析了不同工况下水力特性的变化规律,论证泄水体型的合理性。另外,经系列物理模型试验对消能工进行优化。结果表明,物理模型试验与数值计算吻合较好。冲砂底孔出口段,采用合理的收缩比将水流纵向拉开,起到分散水流的作用,消能效果较好,较原设计方案有明显改善。同时,为类似工程泄水建筑物体型优化的研究提供参考依据。     

虹吸式出水管体型优化设计研究

在数值模拟基础上,利用神经网络算法对虹吸式出水管进行体型优化设计,得到了参数与优化目标之间的最优解集,优化方案解集相较于原方案,在虹吸性能和管内流态方面均有明显改善,可为虹吸式出水管设计提供参考。     

HSC360型混砂车搅拌罐溅水现象分析及结构改进设计

针对HSC360型混砂车搅拌罐在工作过程中出现的溅水问题,在现有搅拌罐结构基础上,根据搅拌罐设计技术要求,提出了5种不同的搅拌罐结构改进方案,并利用CFD分析软件对搅拌罐现有结构及改进后的结构进行了数值模拟。数值分析结果表明,在搅拌罐进水口夹层上方添加一盖板,同时在搅拌罐中间部位添加6个进水弯头之后,进水口最大流速下降最大,达到了23.52%,且仅有极少量的水处在最大流速附近,说明该方案可以很好地解决搅拌罐溅水问题。     

虹吸式出水管体型优化设计研究

在数值模拟基础上,利用神经网络算法对虹吸式出水管进行体型优化设计,得到了参数与优化目标之间的最优解集,优化方案解集相较于原方案,在虹吸性能和管内流态方面均有明显改善,可为虹吸式出水管设计提供参考。     

浓缩风能装置流场数值模拟与实验研究

为了完善发展浓缩风能型风力发电机,提高浓缩风能装置的浓缩效果,采用计算流体数值模拟、应用车载法的流场测试与机组输出功率特性分析相结合方法对100W浓缩风能装置浓缩效果进行研究分析。100 W浓缩风能装置流场实测结果与数值模拟比较表明,自然风速10 m/s时浓缩风能装置内各个横断截面流速分布和沿轴向流速分布规律相近,装置内叶轮安装处平均流速表明的气流流速增至自然风速的1.32倍,气流动能增至自然风能的2.25倍。自然风速10.95 m/s时100 W浓缩风能型风力发电机在额定转数400 r/min下输出功率为117.6 W,经计算叶轮安装处风速是前方相同面积来流风速的1.31倍,比流场测试结果略低。对提高浓缩风能装置浓缩效果的研究方法从数值模拟、流场测试和输出功率验证三者进行有机结合,提出了该型转置研究方法。     

城市排水泵站前池压水板的整流效果

城市排水泵站受地形和面积限制,并易形成漩涡、回流等不良流态.采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,对某城市排水泵站前池水流进行模拟,探讨了前池压水板整流措施对改善前池流态的影响,明确了合理的压水板布置参数.     

基于混合模型的管道输沙特性数值模拟研究

【目的】探索管道水沙两相流的流场结构和输沙特性,为进一步研究管道输沙过程中阻力损失随含沙量、流速等的变化规律奠定基础。【方法】采用多相流混合模型和标准k-ε湍流模型,利用管道清水层流和湍流流场模拟,验证所选模型的可行性,并将模拟得到的管道流场以及阻力情况与实测值和计算值进行对比,确定模型参数,进一步结合小浪底水库现场管道抽沙试验,对管道流量(Q)为620和950m3/h工况下含沙量(Cv)分别为3.74%,10.53%,22.64%,37.74%和45.28%的5种含沙水流进行数值模拟计算,并分析其流场结构和流速、含沙量的垂向分布等水力特性。【结果】根据模拟值与实测值以及计算值的综合对比情况,选定粗糙度0.6mm、粗糙常数0.6、入口湍流强度25%为参数组合来模拟分析管道含沙水流的流动特性,得到了5种含沙量工况下管道输沙过程中的水沙两相流分布和管道横断面的流速分布,以及5种含沙量下横断面流速的垂向分布和含沙量的垂向分布规律,具体表现为:在管道流量Q=620和Q=950m3/h时,管道中心断面水沙呈上小下大的悬移质分布形态,随着水流含沙量的增加,管道底部沙量逐渐增大,当含沙量增加至45.28%时,管道中的水沙几乎为稠密的沙浆,在垂向分布上管道含沙量出现顶部小而底部大的现象。另外,管道的断面流速呈现出顶部流速大而底部流速小的现象,且随着含沙量的增大,高流速区扩大且逐渐向管道顶部上移,与大流量工况相比,小流量时高流速区集中且上移明显。垂向流速分布不再呈对称分布而出现管道顶部大、底部小的分布形态,且随着含沙量增大,不对称性更加明显。【结论】多相流混合模型可用于管道输沙流场的模拟计算,模拟结果表明,挟沙水流极大地改变了管道清水流场时呈轴对称分布的流速形态,表现为管道顶部低含沙区流速大,底部高含沙区流速小,且含沙量越高,不对称性越显著;随着流速增大,水流挟沙能力大大提高,流速分布的不对称性显著降低。     

外凸式台阶溢洪道的消能率及影响因素分析

通过数值模拟,分析了外凸式台阶溢洪道的台阶高度、台阶间距、单宽流量等对消能率的影响,并与模型试验结果进行对比,结果表明：外凸式台阶溢洪道的消能率随台阶高度的增大而提高,但是,当台阶高度大于某一值后,再增大台阶高度,消能率的增幅并不显著;消能率随台阶间距的减小而增大,但是,当台阶间距减小到一定值时,消能率的增幅开始减缓。根据数值模拟计算结果,提出了外凸式台阶溢洪道在底坡为1∶3,1∶4时的消能率估算公式。     

大石门水电站竖井式溢洪道水力特性试验研究

大石门水电站位于内蒙古自治区西拉沐伦河克什克腾旗境内,是一座兼顾工业取水、水力发电与防洪任务的综合型水利水电工程。电站最大坝高63.78m,总库容为1.85×108m3,总装机容量6 000kW。左岸竖井式溢洪道是枢纽唯一的泄水建筑物,最大下泄流量148m3/s。该溢洪道由导流洞改建而成,由喇叭型进水口、竖井、通气管道、消力井、明流隧洞段、以及出口消能防冲设施等组成。本文通过1：20.83的整体水工模型试验,对大石门水电站竖井溢洪道的水力特性进行了全面的试验研究。     

水肥一体化中水肥混合效果数值模拟研究

为研究水肥一体化技术中的水肥混合特性,以流体力学中的两相流理论为基础,针对水肥混合过程中混合时间、混合区间长度、流速及管径对其混合效果的影响进行相应的数值模拟研究。结果表明,混合时间及混合区间长度越长有利于提高水肥混合效果及最终水肥混合均匀性;水肥流速比较低时管内水肥混合的均匀性较好,且水肥流速越大则其混合效果及均匀性越好;水肥流速较低时输水管及输肥管的管径比对水肥混合均匀性的影响较大,两者管径比越小则混合效果越好,随着流速的提高两者管径比对其混合效果的影响逐渐减弱。     

新疆塔日勒嘎水电站岸边台阶式新型溢洪道设计

新疆克州塔日勒嘎水电站为克孜河水电规划的第二个梯级,左岸为第三系基岩山体,右岸为宽阔的洪积扇台地,布置开敞式溢洪道。经多方案比选,结合模型试验,选用驼峰堰、泄槽采用二级坡、设置消能台阶的开发方案,较好地解决了结构布置及水力学问题。理论计算与模型试验相结合,为类似工程设计提供了较成功的经验。     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

国产化轴流式调压器结构改进及流场分析

轴流式天然气调压器是保障长输管道安全供气的重要设备,为提高调压器流场性能,对其主阀结构进行优化改进,借助Solidworks软件对调压器改进前后的主阀内部流道进行三维建模,并采用CFX软件对内部流场进行可视化研究,求解得到调压器内部压力、速度分布云图及速度矢量图;对改进前后阀内流道形状及阀后加入节流孔板前后调压器的流场特性进行对比分析,结果表明：改进流道形状及加入孔板后,主阀内部流场漩涡有所减少,局部最高流速明显降低,压力分布更加均匀,调压器流场得到优化,性能进一步提升。